在天王星发现后1个世纪里，当这个行星绕太阳运行足够远的距离后，天文学家发现它没有按他们所预计的那个轨道运行。一个叫J.C.亚当斯的刚从剑桥大学毕业的英国天文学家，计算出这颗行星不正常的行为可以解释为在天王星更远处有另外一个行星在用它的引力牵引着天王星。亚当斯甚至算出这个未知的行星可能出现的位置，但是在英格兰没人愿意去找它。一年以后，一个叫U.李维尔的法国天文学家独立地做了同样的计算得出了同样的结果，但是也没有一个法国天文台为他找这个行星。失望之余，李维尔把他的计算结果在1846年秋天带给德国柏林天文台的天文学家J.G.加勒。加勒把他的望远镜指向那片天区，在第一晚就找到了这颗星。
海王星是深蓝色的，所以用海神的名字命名。像天王星一样，它的大气包含了甲烷气体，这种气体吸收太阳光谱中的红光并把其他的反射到我们这里，让海王星成为了深蓝色世界。然而，与天王星不一样的是，海王星的大气不是被一层厚厚的雾挡住的，有时会显示出一种难以置信的动态排列特征。
1989年，“旅行者2号”飞过了海王星并拍到了一个巨大的盯着右后方的黑蓝色“眼睛”。被称为“大黑斑”的这个东西足足有太平洋般大，并且已经确定它是一个巨大的暴风系统，在海王星顶部的云盘弄了一个很深的“井”，让我们能通过这里窥探到更下面的更暗的深蓝色云层。“旅行者”号单独成像的大黑斑的定式影像显示了它的流动性。实际上，随着时间的流逝，它也会改变形状，时而长时而短，时而圆时而扁，总之，看上去像一条“巨大的蛞蝓”。
除了大黑斑，“旅行者2号”也发现了一个被科学家们称为“小黑斑”的一个比较小的黑斑。更进一步地受海王星大气上白色的云一直聚集在这深蓝色“井”中间的启发，科学家们给这个现象取了一个“巫师之眼”的绰号。由甲烷冰晶体构成的白色的云，跟地球大气上部的卷云（就是所谓的马尾云）很相似。另一个突出的白色云因为它绕着海王星跑得比其他的云都快，被取了“海王星风暴”的绰号。“旅行者号”拍到了投影在深蓝色云层顶部的白色条纹。它们是可以从纽约延伸到巴黎的由甲烷冰晶体构成的巨大云层。
木星上的急流速度在480千米/时以上，在土星上的则超过了1600千米/时，然而海王星的喷流最高速达到了令人惊骇的2250千米/时——太阳系里最快的风。如果地球上有这么强的急流，它会在仅仅2个小时内横扫美国。
1994年，维修过的“哈勃”提供了自从1989年“旅行者2号”飞过海王星以后的第一张海王星的特写图案。这幅图显示了很多戏剧性的变化，包括海王星北半球完全消失的大黑斑和南半球突然出现的一个同等大小的黑暗风暴！一同消失的还有“巫师之眼”和海王星风暴。“哈勃”所得到的更多的最近的照片暗示海王星不知为什么可以在几周这么短的时间里经受如此猛烈的变化。但是最新的图片显示海王星在变得更安静更温和。“哈勃”1995～1996年的照片显示所有的大的小的暗斑全消失了，海王星大气里只有那些很亮的云还在。
当1989年“旅行者号”到达海王星发现非常活跃、有好几个黑暗风暴的大气层时，太阳正处于太阳黑子周期的极大年。到90年代中期，海王星的大气已经没有风暴时，太阳黑子周期也正处于极小年。这之间有联系吗？接下来这几年“哈勃”更多的观测会告诉我们答案的。
从1612年12月开始，在伽利略的笔记本里有一幅木星和它4个最大的卫星的素描图。同样包括了一个他认为是恒星的物体。如果他更仔细地观测一下，他会发现这个物体每晚上在缓慢移动进而意识到这是一个行星。如果这一切发生了，这个太阳系第八号行星就会在第七号行星之前被发现了。
在海王星和它的卫星所处的离太阳48亿千米的没有太阳温暖刺激的地方，科学家们几乎不期望能找到有活动迹象的地方。然而，海王星和它最大的卫星“特赖登”没有让科学家们失望。“旅行者2号”和“特赖登”相遇后，喷射推进实验室的地质学家Larry Sodelblum在记者招待会上以“太阳系尽头是多么遥远啊！”作为开场白。这个直径2700千米的粉红和灰白的世界有变化多样的地形。在几处有宽480千米的交叉过陨石坑地形的冰封谷，并且整个半球看上去是被一种像哈密瓜外皮一样的地形所覆盖。它的形成原因仍然困惑着科学家们。
在“特赖登”背面半球上，有一个很大的几十千米长的暗条纹群。在一些条纹内部的运动被看见以前，这些奇怪的特征一直令科学家们困惑。“旅行者2号”发现了大量的喷出氮烟雾的活动喷泉。这些烟雾被风吹着形成了很长的暗条纹外貌。
在－240℃左右，“特赖登”的表面是到现在为止太阳系里最冷的地方。表面覆盖着冰的地表也反射90％多的照射到这上面的微弱太阳光，使“特赖登”成了太阳系里最亮的地方。
当“旅行者2号”最初于1977年从地球发射时，它的主要目标是木星和土星。科学家们知道可以利用非常难得的行星相对位置的机会把“旅行者”号送到天王星和海王星那里去，但他们不相信用60年代末的技术在70年代初建造的太空船到了这些行星附近时还可以工作。然而，到1986年为止，当它到海王星时，“旅行者”号工作状态仍然良好。然而，在“旅行者”号从天王星传回有用的信息以前，有一个需要解决的问题：由于离太阳太遥远，在海王星上的光强仅仅是地球的0.025倍。为了得到效果较好的照片，必须进行长时间曝光，照相机必须要在太空船运动时对行星进行跟踪。
当“旅行者”号离开地球时，它仅仅带了刚好够它这漫长旅行的燃料。但科学家们利用170年以上才会出现一次的巨行星罕见的位置排列和重力援助技术。重力援助是在太空船以恰当的距离和角度经过行星时起作用的，让太空船改变航线，到通往下一颗行星的航向上。
“旅行者”号经过木星时恰好以一个特殊的航向，可以让这颗巨行星的引力改变它的轨道，把它送上当它到土星轨道时正好遇到土星的轨道。轮到土星时，土星也扮演同样的角色，把它送到5年后几十亿千米远与天王星相遇的航道。天王星也同样如此让太空船和海王星相遇。所有这一切仅仅需要一点点的火箭助推来微微调整飞行方向就可以实现了。在电脑精确导航的情况下根本不需要发动机来进行调整。在这样精确的设计下，天文学家看见了4颗行星和更多的卫星，而不是2颗。做到这一切的技术相当于在35千米长的台球桌上打台球。